CN106817341A

CN106817341A - 一种面向移动互联网的sip协议节流传输系统及方法

Info

Publication number: CN106817341A
Application number: CN201510846675.2A
Authority: CN
Inventors: 杨海波; 马荣荣; 孙建伟; 贾军营; 贾正峰; 王卫; 张守晨; 鲁付阳
Original assignee: Shenyang Institute of Computing Technology of CAS
Current assignee: Shenyang Institute of Computing Technology of CAS
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-06-09
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: CN106817341B

Abstract

一种面向移动互联网的SIP协议节流传输系统及方法，系统包括移动客户端、MQTT代理服务器、SIP服务器、订阅者端。方法为移动客户端对发出的SIP消息进行高效的二进制压缩，将压缩后的数据包封装在MQTT协议的payload结构体中，通过MQTT协议的传输通道进行网络传输；在服务器一端，利用协议转换网关系统完成对MQTT消息体的解析和分拣，最终完成移动客户端应用和服务器交互的整个SIP操作处理流程。在该传输机制中，将原来的双通道传输改进为基于MQTT协议的单通道传输，并对SIP协议的保活机制进行了优化，具备有效节省流量、降低移动设备对网络带宽、计算资源、内存利用以及功耗要求的优势。

Description

一种面向移动互联网的SIP协议节流传输系统及方法

技术领域

本发明涉及移动通信和移动互联网领域的数据传输和流量控制技术，具体的说是一种面向移动互联网的SIP协议节流传输系统及方法。

背景技术

随着互联网技术的不断进步，ICT融合通信的发展也日渐成熟，在音视频通信方面，SIP(Session Initialization Protocol，会话初始化)协议作为其主要的应用标准扩展性得到广泛认可。但在移动互联网环境下，SIP协议的文本特性逐渐暴露其高流量消耗的弊端，单个SIP数据包大概占用500bytes到600bytes。因此在移动应用中使用SIP协议发送即时消息并不占优势，往往会给用户带来昂贵的通信代价。另外，SIP协议本身所需要的频繁刷新也会增加移动端的流量和电量的消耗。

相比之下，MQTT(Message Queue Telemetry Transport，遥测传输)协议作为一种轻量级的物联网协议，是基于代理的发布/订阅的消息传输协议，设计思想是开放、简单、轻量、易于实现。这些特点使它适用于受限环境，例如网络代价昂贵，带宽低，不稳定；在嵌入式设备中运行，如电池、计算资源、内存都受限的环境中。MQTT协议的固定头部仅2个字节，在IM即时消息传递和Presence在线监测方面有明显优势，能够较好的节省传输流量。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明运用MQTT协议的轻量级特性，对SIP协议的传输机制进行优化研究，提出一种面向移动互联网的SIP协议节流传输方法，以减少多媒体融合通信过程中较高的流量消耗和资源占用，提升基于SIP协议的移动端应用的性能体验。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种面向移动互联网的SIP协议节流传输系统及方法。

一种面向移动互联网的SIP协议节流传输系统，包括：

移动客户端，对其发出的SIP请求数据进行压缩和封装，再将得到的payload请求消息体发布到MQTT代理服务器的话题上；

MQTT代理服务器，对其话题上接收的payload请求消息体、payload回应消息体进行访问权限判定、解析、分拣判断，将包含SIP请求数据的二进制数据包转发到SIP服务器、将包含SIP回应数据的payload回应消息体推送给该话题的订阅者端；

SIP服务器，对接收的包含SIP请求数据的二进制数据包解压缩、再对其生成的SIP回应数据进行压缩、封装，然后将得到的payload回应消息体发送到MQTT代理服务器的话题上；

订阅者端，对接收的包含SIP回应数据的payload回应消息体解封装、解压缩提取所需文本格式的关键字段信息。

一种面向移动互联网的SIP协议节流传输方法，包括以下步骤：

步骤1：移动客户端发出SIP请求数据，对SIP请求数据进行压缩和封装，再将得到的payload请求消息体发布到MQTT代理服务器的话题上；

步骤2：MQTT代理服务器对其话题上接收的payload请求消息体进行访问权限判定、解析、分拣判断，将包含SIP请求数据的二进制数据包转发到SIP服务器；

步骤3：SIP服务器对接收的包含SIP请求数据的二进制数据包解压缩、再对其生成的SIP回应数据进行压缩、封装，然后将得到的payload回应消息体发送到MQTT代理服务器的话题上；

步骤4：MQTT代理服务器对其话题上接收的payload回应消息体进行访问权限判定、解析，将得到的包含SIP回应数据的payload回应消息体推送给该话题的订阅者端；

步骤5：订阅者端对接收的包含SIP回应数据的payload回应消息体解封装、解压缩提取所需文本格式的关键字段信息。

所述步骤1具体为：

移动客户端发出SIP请求数据，对SIP请求数据进行压缩获取二进制数据包；

将二进制数据包封装在MQTT协议格式中的payload请求消息体中，再发布到MQTT代理服务器的话题上；

所述步骤2具体为：

MQTT代理服务器首先根据ACL规则对其话题上接收的payload请求消息体进行访问权限判定，获取符合权限的payload请求消息体；

再对符合权限的payload请求消息体进行解析，获取包含消息类型和内容的二进制数据包；

然后，依据消息类型分拣判断该二进制数据包是否包含SIP请求数据；若是，则将包含SIP请求数据的二进制数据包转发到外部的SIP服务器；若不是，则由MQTT代理服务器自身来处理。

所述步骤3具体为：

SIP服务器对接收的包含SIP请求数据的二进制数据包解压缩获得文本格式的SIP数据，然后生成相应的SIP回应数据；

对SIP回应数据进行压缩得到包含SIP回应数据的二进制数据包；

将包含SIP回应数据的二进制数据包封装在MQTT协议格式中的payload回应消息体中，发送到MQTT代理服务器的话题上；

所述步骤4具体为：

MQTT代理服务器首先根据ACL规则对其话题上接收的payload回应消息体进行访问权限判定，对符合权限的payload回应消息体进行解析，获取消息类型，按照SIP回应数据的消息类型将包含SIP回应数据的payload回应消息体推送给该话题的订阅者端；

所述步骤5具体为：

订阅者端接收到推送的包含SIP回应数据的payload回应消息体后，对payload回应消息体解封装获取二进制压缩包，再解压缩提取所需文本格式的关键字段信息。

所述压缩为对文本格式的SIP数据中的关键字段进行替换和匹配。

所述MQTT代理服务器上话题的划分为运用MQTT协议的P/S机制并根据不同消息类型进行设置。

所述根据ACL规则进行访问权限判定为：通过MQTT代理服务器和网关后台管理系统预先配置的ACL规则交互获取符合MQTT代理服务器的话题访问权限的payload消息体。

本发明具有以下优点及有益效果：

1.在普遍采用SIP和MQTT协议的多媒体应用中，为了实施的简单性考虑，一般会采用基于UDP的SIP传输和基于TCP的MQTT传输两条通道。本发明的优化后的传输通道，削减了部分用于维护连接的资源，节省了保活流量，降低了移动端的耗电量。

2.采用将SIP数据包进行二进制化的压缩方法，比目前提出的TCCB等文本压缩方法更有效，压缩率更高，关键字的匹配和替换方法也相对简单。

3.为移动设备提供了基于话题的消息推送服务：利用MQTT协议的轻量级特点，将压缩后的SIP数据封装入PAYLOAD消息体中，运用P/S(发布/订阅)机制完成各类sip消息基于话题的请求和推送，通过该通知机制，可以完成终端设备对未接来电、失败去电、注册异常、好友状态等信息的即时通知，也可以完成系统类通知的推送等；实现SIP消息和MQTT消息的统一传输管理。

附图说明

图1为传统传输机制的模型图；

图2为“SIP over MQTT”传输机制模型图；

图3为本发明方法的流程图；

图4为MQTT服务器代理封装解析图；

图5为本发明方法的主叫流程示意图；

图6本发明的ACL规则权限检查流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

一种面向移动互联网的SIP协议节流传输系统，包括：移动客户端，对其发出的SIP请求数据进行压缩和封装处理，再将得到的payload请求消息体发布到MQTT代理服务器的话题上。MQTT代理服务器，对其话题上接收的payload请求消息体、payload回应消息体进行访问权限判定、解析、分拣判断，将包含SIP请求数据的二进制数据包转发到SIP服务器、将包含SIP回应数据的payload回应消息体推送给该话题的订阅者端。SIP服务器，对接收的包含SIP请求数据的二进制数据包解压缩、再对其生成的SIP回应数据进行压缩、封装处理，然后将得到的payload回应消息体发送到MQTT代理服务器的话题上。订阅者端，对接收的包含SIP回应数据的payload回应消息体解封装、解压缩提取所需文本格式的关键字段信息。

一种面向移动互联网的SIP协议节流传输方法具体如下：

同时存在SIP和MQTT数据传输的情况下，本发明改变原始双通道多维护的传统传输通道机制(如图1所示)，使用统一的单一TCP传输通道进行数据传输(如图2所示)，完成在移动互联网环境下对SIP数据的节流以及改善整个多媒体传输通道的网络延迟的目的。

为达到节流的传输目的，对于文本的SIP数据包首先需要进行压缩设计，将SIP数据进行二进制化，主要思想是对关键字等进行替换和匹配。SIP不同的消息都有基本固定的schedule，消息中的参数有些长度固定不变(如IP，端口，CSeq等)，而有些参数(如branch和tag)长度是变化的，需要进行区分。

经过二进制压缩的SIP数据包需要经过数据的重定向，由原始传输过程中的直接交付UDP传输改为数据的MQTT格式化，即对需要传输的SIP请求数据包做一层封装，利用MQTT协议格式中消息体payload部分，承载整个封装后的SIP数据包。

移动端发出的SIP请求并非直接发往外部的SIP服务器，而是需要运用MQTT协议的P/S(发布/订阅)机制，将不同的消息类型设置为相应的话题，通过话题的订阅和发布完成数据交互。

如图3所示，本发明是面向移动互联网的SIP协议节流传输方法，其基于“SIP over MQTT”的协议关系。主要分为移动端的SIP数据包压缩封装处理、服务器端MQTT代理系统的解析和分拣设计两部分。整个SIP节流传输机制应用在移动互联网的多媒体应用中，连接移动端应用请求和服务器端的处理消息的分发，其中消息传输是基于TCP协议的，应用采用移动互联网/WiFi接入移动互联网。

该SIP节流传输机制主要用于将客户端的请求数据包传输到服务端，中间经过MQTT代理转换机制进行数据包的解析和分拣，然后交付外部的SIP服务器进行处理。

整个传输机制中包括压缩设计，封装设计和SIP数据解析分拣设计三大部分。

如图4所示，为应用“SIP over MQTT”节流传输机制的应用安装在智能手机中，通过智能手机的WIFI网络或者移动数据网络与服务端的协议转换机制进行连接。该客户端应用主要是对来自网关服务器的消息进行处理并加以显示，并通过基于MQTT协议的传输向服务器发起对应的操作请求，以完成注册代理、呼叫代理、IM、Presence等功能。

1)SIP数据包交付传输之前先进行二进制匹配和压缩，在不同的SIP消息中，所有的参数中，大部分的取值不会超过256，可以用一个字节(8bit)来表示，少数超过256的可以用两个字节来表示。以SIP OPTION问询的request-line为例(请求不会超过256)，定义一个长为256的参数字典数组“sip_binary_dic dict[256]”，消息内容为“OPTIONS sip:user@210.72.128.160SIP/2.0”。

2)按照步骤1)给出的设计方案，对例子中的各个参数进行初始化。首先是请求的类型参数，名字是OPTIONS，显然类型是定长类型，长度为0，这里用1对其进行表示。dict[1].param_name＝“OPTIONS”；dict[1].type＝FIX_LENGTH；dict[1].len_fixed＝0；dict[1].param_num＝1；第二个参数是表示协议的模式，有sip/sips等，这里用2来表示协议模式是sip。同样长度类型是固定类型。dict[2].param_name＝“SIP_SCHEM”；dict[2].type＝FIX_LENGTH；dict[2].len_fixed＝0；dict[2].param_num＝2；按照文本顺序，第三个参数是用户名，该参数的类型是变长类型，用一个字节来表示。用3代表后面给出的是用户名匹配的信息。dict[3].param_name＝“SIP_USERNAME”；dict[3].type＝VARIABLE_LEN_A；dict[3].param_num＝3；用户名之后就是对domain信息进行替换，因为domain分两种表示形式，或为IP地址，或为域名。因此这里要给出区分的定义：用“4”表示是IP地址，且类型固定；用“5”表示是域名，类型为变长类型。dict[4].param_name＝“SIP_DOMAIN”；dict[4].type＝FIX_LENGTH；dict[4].len_fixed＝0；dict[4].param_num＝4；若是域名则如下定义：dict[4].param_name＝“SIP_DOMAIN”；dict[4].type＝VARIABLE_LEN_A；dict[4].param_num＝5；至此完成了对文本内容的匹配和替换，整合成完整的消息后即可进行封装传输。

3)要通过MQTT协议的传输通道传输SIP数据包，需要将SIP数据封装在MQTT协议消息体的PAYLOAD消息体中。通过MQTT协议的基于话题的发布/订阅机制完成消息的请求和推送。含有SIP消息的话题格式设置为：/e/eid/sipmsg/methodNum/u/uid，其中sipmsg是固定的话题name，methodNum字符串是由MQTT代理设定的用以标识不同的SIP Methods，SIP目前有15种Methods，从1-15分别编号匹配不同的请求，例如，用“1”表示REGISTER信令，“2”表示INVITE请求等。每一个终端用户登录后需要订阅所有关于SIP的话题。为减轻终端的负担，采用预订阅机制，由服务器代为订阅。

4)SIP数据完成压缩和封装后，接下来需要考虑传输的具体过程：若在局域网中传输，当一个用户代理客户端(UAC)M向另一个UACN发出INVITE请求时(其中SIP消息的SDP部分带有该终端的IP和端口)，即把这个含有对方uid的事件发布到INVITE话题上，被请求的uid用户就会收到这条INVITE话题的消息，解析后得到对方的IP和端口，同时发布一条回应到预设的话题上，那么终端M就会收到带有自己uid的回应的MQTT消息，解析后同样得到对方的IP和端口。这样两个终端就都获得了对方的地址和端口，就可以进行点对点的媒体交互了。

5)步骤4)中涉及的传输过程在服务端需要经过MQTT代理的解析和分拣，MQTT代理服务器系统需要将客户端应用交付的消息进行分拣，识别为不同的SIP消息后转发到相应的代理服务器处理，在代理服务器处完成SIP消息的解压缩和预处理，最后交付外部SIP服务器处理。

6)外部SIP服务器反馈的消息同样经由MQTT代理系统做加工处理后，以MQTT协议话题推送的形式通知到客户端的用户。

7)具体到IP网络电话的呼入和呼出过程，如果是SIP呼入请求，则向MQTT服务器中被叫身份的呼入代理话题上发布一个消息，再由MQTT服务器将该消息推送到移动客户端应用中，由该移动客户端应用进行处理。

移动终端的应用建立与网关MQTT服务器的连接，然后进入等待接收MQTT服务器和客户端应用界面上的本地操作请求。

如果有来自MQTT服务器的消息，则首先进行消息的解析，判断是否SIP呼入请求。如果是SIP呼入请求，则进行SIP消息的格式化解析，获取到主叫身份，并通知移动客户端应用的电话呼入页面开始接听电话。如果接听，会向MQTT服务器发送对应的接听操作请求到该用户的SIP通话话题上。如果拒绝，则会发送拒绝接听的操作请求到该用户的SIP通话话题上。为了简化实现，这里关于操作回应请求采用了SIP协议中的标准回应消息。

如果是移动客户端有呼出电话的请求，则首先获取到被叫号码和用户信息，包括用户号码、SIP服务器；而后根据这些信息，开始一个SIP呼叫流程，并将形成的SIP呼叫方法报文INVITE内容，并将该SIP包的内容作为MQTT消息的payload部分推送到MQTT服务器上的该用户下的SIP呼出话题上。由MQTT服务器将该消息处理，推送给MQTT协议客户端代理进行处理。依据前述6)和7)，完成呼出信令建立过程。

如图5所示，该传输机制下主叫流程示意图，具体流程如下：

其他典型的SIP方法诸如REGISTER，INVITE，BYE，CANCEL等都有相似的过程，例如呼出INVITE请求方法及后续媒体传输过程包括：

步骤1：客户端A向B发送INVITE请求，SDP消息中附带内网IP和端口，以话题的形式发布到MQTT代理服务器上。

步骤2：代理服务器将消息经过MQTT的传输通道推送给SIP服务器。

步骤3：SIP服务器在将反馈消息发给客户端B之前先创建两个音视频端口port1,port2,加到客户端A的SDP中，然后传输给MQTT代理服务器。

步骤4：MQTT代理服务器将上述内容推送给客户端B。

(B在收到服务器的消息后,若同意则继续进行交互；若拒绝,该交互结束。)

步骤5：B在本地也创建两个端口,用以连接port1,port2,使用stun协议,返回自己的公网IP和端口；再通过MQTT传输通道向服务器回复消息的SDP上带本地的IP和端口。

步骤6：MQTT代理服务器将B的回复消息推送给SIP服务器。

步骤7：SIP服务器收到B同意的回复后,创建两个端口port3,port4,同时加到SDP中；最后发布到MQTT代理上。

步骤8：最后，MQTT代理服务器将交互的最终结果推送给客户端A。客户端A解析MQTT消息,获得SDP中的两个端口,然后本地也创建两个端口,分别向服务器的两个端口发数据。

因为端口是一一对应关系,SIP服务器根据收到的消息中的端口号可以判别用户信息,并进行消息交互。

用户掉线或发bye请求后SIP服务器收到消息并通知对方结束会话,然后close创建的4个端口。

如图6所示，为发明的ACL规则权限检查流程图，MQTT服务器通过检查网关后台管理系统预先配置的ACL规则，在响应订阅和转发消息之前对移动终端应用发起的针对话题的订阅和消息的推送进行权限检查。

Claims

1.一种面向移动互联网的SIP协议节流传输系统，其特征在于，包括：

2.一种面向移动互联网的SIP协议节流传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种面向移动互联网的SIP协议节流传输方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

将二进制数据包封装在MQTT协议格式中的payload请求消息体中，再发布到MQTT代理服务器的话题上。

4.根据权利要求2所述的一种面向移动互联网的SIP协议节流传输方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

5.根据权利要求2所述的一种面向移动互联网的SIP协议节流传输方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

将包含SIP回应数据的二进制数据包封装在MQTT协议格式中的payload回应消息体中，发送到MQTT代理服务器的话题上。

6.根据权利要求2所述的一种面向移动互联网的SIP协议节流传输方法，其特征在于，所述步骤4具体为：

MQTT代理服务器首先根据ACL规则对其话题上接收的payload回应消息体进行访问权限判定，对符合权限的payload回应消息体进行解析，获取消息类型，按照SIP回应数据的消息类型将包含SIP回应数据的payload回应消息体推送给该话题的订阅者端。

7.根据权利要求2所述的一种面向移动互联网的SIP协议节流传输方法，其特征在于，所述步骤5具体为：

8.根据权利要求2所述的一种面向移动互联网的SIP协议节流传输方法，其特征在于，所述压缩为对文本格式的SIP数据中的关键字段进行替换和匹配。

9.根据权利要求2所述的一种面向移动互联网的SIP协议节流传输方法，其特征在于，所述MQTT代理服务器上话题的划分为运用MQTT协议的P/S机制并根据不同消息类型进行设置。

10.根据权利要求2所述的一种面向移动互联网的SIP协议节流传输方法，其特征在于，所述根据ACL规则进行访问权限判定为：通过MQTT代理服务器和网关后台管理系统预先配置的ACL规则交互获取符合MQTT代理服务器的话题访问权限的payload消息体。